3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.3.1. Proline và vai trò của proline
Proline là một axit amin ưa nước, có khối lượng phân tử nhỏ, được tổng hợp từ glutamin nhờ sự xúc tác của enzyme delta-1-pyrroline-5-carboxylate sythetase (P5CS). Axit amin này được tích lũy nhiều ở lá cây của nhiều loài thực vật, mô lá, mô phân sinh chóp rễ thực vật và ở hạt phấn khi thực vật bị mất nước [48].
Proline thuộc nhóm các chất điều hòa thẩm thấu, chúng có khối lượng phân tử nhỏ, các hợp chất này có chung tính chất là không tích điện ở pH trung tính (như các ion vô cơ) và có khả năng hòa tan tốt trong nước, không độc khi có nồng độ cao và làm ổn định cấu trúc của các phân tử protein [52]. Khi cây gặp stress, proline tự do có hiệu ứng sinh học đa năng, không chỉ trong chức năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu mà còn có tác động bảo vệ hàng loạt enzyme trong điều kiện biến tính (nhiệt độ cao, nồng độ muối cao…), bên cạnh đó nó còn thể hiện khả năng bảo vệ gián tiếp protein và màng khỏi tổn thương. Proline còn được xem như một dạng dự trữ nitơ khi gặp stress, proline còn là nguồn cung cấp năng lượng và đương lượng khử.
Phân tử proline có cấu trúc vòng (pirolidin), cấu trúc này tạo cho proline một hình dáng vững chắc hơn so với các axit amin khác. Như vậy, vai trò của proline trong chống chịu stress nước ở thực vật thể hiện prolin tham
gia điều chỉnh áp suất thẩm thấu nội bào, tham gia vào cấu trúc bảo vệ màng và protein, dự trữ nitơ và năng lượng.
Trong điều kiện stress phi sinh học, thực vật có xu hướng sản sinh proline, proline đóng vai trò như một chất điều hòa thẩm thấu, một chất chống oxy hóa và là một phân tử tín hiệu (Yaish, 2015) [52].
Proline ngoài vai trò quan trọng là điều hòa áp suất thẩm thấu trong tế bào, axit amin này còn giúp giữ nước, lấy nước cho tế bào và ngăn chặn sự xâm nhập của ion Na+ tương tác với protein màng, ngăn chặn sự phá hủy của màng và các phức protein khác. Soulages và cộng sự (2003) [47] đã chứng minh ngoài vai trò tăng cường chịu hạn thì chuỗi axit amin L-prolin nhóm II còn có khả năng chống lại tác động bất lợi của nhiệt độ và hạn đối với cây đậu tương.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy khi cây trồng gặp hạn thì cây giảm tổng hợp protein và tăng cường tổng hợp proline.
Theo Chu Hoàng Mậu và Hà Tiến Sỹ [18], khi nghiên cứu một số giống đậu tương địa phương của tỉnh Cao Bằng đã cho rằng tính chịu hạn của cây đậu tương liên quan đến hàm lượng proline và protein. Khi gặp hạn cây đậu tương giảm tổng hợp protein và tăng cường tổng hợp proline. Sự gia tăng hàm lượng proline và giảm hàm lượng protein của các giống đậu tương sau khi gây hạn đã chứng tỏ các cây đậu tương có phản ứng một cách tích cực trước sự thay đổi của điều kiện môi trường.
Proline được tổng hợp từ L-glutamate nhờ sự xúc tác của enzyme δ- pyrrolin-cacboxilat-synthetase (P5CS), enzyme này được điều hòa bởi proline thông qua cơ chế ức chế ngược. Thực vật chịu stress nước, sự điều hòa ngược này đã biến mất và đây có thể là nguyên nhân làm tăng sự tích lũy proline dưới các điều kiện stress.
Đã có nhiều công trình nghiên cứu trên các đối tượng thực vật và cây trồng khác nhau, tìm hiểu về cơ chế tổng hợp, chuyển hoá proline… liên quan đến vai trò của proline đối với tính chịu hạn của thực vật. Kishor và cộng sự (1995) nghiên cứu cây thuốc lá được chuyển gen (gen liên quan đến sinh tổng hợp prolin – P5CS ) trong điều kiện hạn nước, hạn muối, kết quả cho thấy hàm lượng proline tăng khoảng từ 10 - 18 lần so với đối chứng [38]. Ở Việt Nam, đã có một số tác giả nghiên cứu về vai trò của proline đối với khả năng chịu hạn của nhiều loại cây trồng cũng cho kết quả khả quan. Tác giả Nguyễn Hữu Cường (2003) [4], bằng việc xử lý lạnh, mặn, hạn trên các giống lúa đã cho thấy có mối tương quan thuận giữa tính chống chịu của cây với hàm lượng proline gia tăng của các giống lúa nghiên cứu. Tác giả Đinh Thị Phòng (2001) khi xử lí hạn, hàm lượng proline đều tăng lên, mức độ tăng lên ở các giống khác nhau là khác nhau, những giống chịu hạn tốt tăng 9 lần sau khi xử lí hạn 8 ngày [22].
Như vậy, proline có ảnh hưởng lớn tới tính chịu hạn ở thực vật và cây trồng nói riêng, sự tổng hợp axit amin proline ở thực vật hay cây trồng diễn ra khi chúng sống trong điều kiện thiếu nước, stress muối. Những nghiên cứu về proline trên đối tượng lúa, đậu xanh, cà chua, cây thuốc lá… cho thấy sự tương quan thuận giữa gia tăng hàm lượng proline với tính chống chịu sự thiếu nước, stress muối… Do đó có thể xem axit amin này như một chất chỉ thị về khả năng chịu hạn của thực vật, hay sự tích lũy proline là biểu hiện của phản ứng thích nghi của thực vật với điều kiện cung cấp nước khó khăn.
Do đó cần đi sâu nghiên cứu về vai trò của proline đối với cây đậu tương, từ đó có những nhận định khách quan về khả năng chịu hạn của các giống đậu tương, đây là một vấn đề có ý nghĩa thực tiễn to lớn.